2019-nCoV疫情期间境外防护用品的过滤性能研究

赵小扬，张 圣，何 婧，李拥军，刘建强

(襄阳市公共检验检测中心，湖北 襄阳 441104)

2019年12月，我国湖北省武汉市爆发了新型冠状病毒感染肺炎(2019-nCoV)， 2020年1月31日，世界卫生组织声明2019-nCoV疫情已构成“国际关注的突发公共卫生事件”[1]。通过对2019-nCoV病毒的传播方式进行研究，研究者发现其主要的传播途径是呼吸道飞沫传播[2]，因此，为了能够有效阻断病毒传播，人们开始有意识地佩戴口罩、防护服等呼吸防护设备出行。呼吸防护设备中口罩是一种常见的用于过滤进入口鼻空气的卫生用品，主要分为棉布口罩、无纺布口罩、高分子材料口罩、活性炭粉滤芯口罩、活性炭纤维毡垫口罩等[3-4]，医疗工作中使用最多的是高分子材料口罩，此种口罩主要由5层聚丙烯无纺布[5]制成，可以过滤空气中超过95%的颗粒物[6]，能够有效地保护人们的健康。相关研究表明[7]，在此次的疫情中，佩戴口罩能有效阻断病毒的传播。

在疫情爆发初期，我国得到了大量境外捐赠的防护用品，但因为这些防护品是在境外生产的，无中文标识，所使用的设计、制造标准也不同于我国[8]。为了更好地指导医务人员和普通民众正确选用防护用品，作者于2020年5月采集了多套境外生产的无中文标识的防护服和口罩，对照国内标准[9-11]对其过滤效率、抗合成血液穿透性等性能进行了研究和分析，以供相关人员提供参考。

1 实验

1.1 试样

FFP2型防护口罩：执行欧洲CEEN149:2001标准，过滤效率大于等于94%，按生产厂家分别编为1#，2#，3#试样，其中1#试样为Champak Enterprise Co. Ltd.产，2#试样为Aswan International Corp.产，3#试样为Dräger Safety AG & Co.KGaA产；KF94型防护口罩：执行韩国标准，直径0.4 μm的颗粒物过滤率大于等于94%，按生产厂家分别编为4#，5#试样，其中4#试样为KN94型口罩，由韩国京畿道平泽市西滩面产，5#试样为KN94型口罩，由沙特阿拉伯国立清洁工业公司产；防护服：均为有膜无条150～180 g防护服，无相关中文标识，按生产厂家分别编为6#，7#，8#试样，其中6#试样为韩国SG生命安全有限公司产，7#试样标韩国SML有限公司产，8#试样为美国杜邦公司产。

1.2 仪器与设备

NW261自动过滤效率测试仪、YG812F防护服耐压合成血穿透测试仪：泉州市美邦仪器有限公司制；(ZEISS)Sigma300型场发射扫描电子显微镜(SEM) ：卡尔·蔡司股份公司制。

1.3 实验方法

1.3.1 防护口罩的过滤效率测试

防护口罩5批，即1#，2#，3#，4#，5#试样，每批随机抽取100个。试样按照国家标准GB 2626—2006《呼吸防护用品 自吸过滤式防颗粒物呼吸器》6.3进行检测。检测试样从100个样本中随机抽取30个，其中20个为未处理试样，另10个为经温湿度(高低温)预处理的试样，即经一定的温度和湿度进行预处理，按照顺序分别在温度(38±2.5)℃和相对湿度(85±5)%的环境中放置(24±1)h、在(70±3)℃的干燥环境中放置(24±1)h，在(-30±3)℃的环境中放置(24±1)h，预处理避免产生热冲击，放置在气密性容器中，并在10 h内完成后续检测[7]。分别对这30个试样进行氯化钠(NaCl)颗粒物过滤效率和油性颗粒物过滤效率进行检测。NaCl颗粒物过滤效率使用满足标准要求的NaCl颗粒物过滤效率检测系统，检测参数为：NaCl气溶胶颗粒，空气流量85 L/min，气溶胶浓度15 mg/m3；油性颗粒物过滤效率使用满足标准要求的油性颗粒物过滤效率检测系统，检测条件按照国内KN类过滤原件进行设置，检测参数为：石蜡油气溶胶颗粒，空气流量85 L/min，气溶胶浓度100 mg/m3。

1.3.2 防护服的抗合成血液穿透性和过滤效率测试

防护服3批，即6#，7#，8#试样，每批随机采集12套。试样按照国家标准GB 19082—2009《医用一次性防护服技术要求》附录A检测抗合成血液穿透性和5.7检测过滤效率。

抗合成血液穿透性：在每个防护服试样上随机裁取3片75 mm×75 mm的实验试样，按照标准要求配置合成血液(表面张力0.02 N/m)，在持续施压的压强下以合成血液对防护服材料进行实验，目视检查材料上合成血液是否穿透[8]。压强到达1.75，3.5，7.0，14.0，20.0 kPa时观察是否有合成血液穿透，如有穿透则试样的抗合成血液穿透性为1，2，3，4，5级，如到达20.0 kPa仍未观察到有合成血液穿透，则试样的抗合成血液穿透性为6级。

过滤效率：每种防护服取3套试样，在相对湿度为(30±10)%，温度为(25±5)℃的环境中使用浓度为15 mg/m3的NaCl气溶胶颗粒进行实验，空气流量设置为15 L/min，气流通过的截面积为100 cm2。

1.3.3 防护口罩的纤维SEM观察

将防护用品剪开，取表层纤维，将其裁剪为1 cm×1 cm 的碎片，用镊子将其固定于导电胶上，然后固定于试样台上，将载有试样的试样台置于真空喷镀仪中，在试样表面喷镀20 nm的金层。将喷镀后的试样台放入SEM 试样室内，在低放大倍数下寻找试样位置，然后在高倍数下观察试样的情况。

2 结果与讨论

2.1 防护口罩NaCl颗粒物过滤效率

防护口罩的NaCl颗粒物过滤效率与油性颗粒物过滤效率分别见表1、表2。

表1 NaCl颗粒物过滤效率Tab.1 Filtration efficiency of NaCl particles

表2 油性颗粒物过滤效率Tab.2 Filtration efficiency of oily particles

由表1、表2可看出：未处理试样的NaCl颗粒物过滤效率为41.6%～99.9%，经温湿度(高低温)预处理后试样的NaCl颗粒物过滤效率为31.0%～99.9%，未处理试样的油性颗粒物过滤效率为24.1%～98.1%，温湿度(高低温)预处理后试样的油性颗粒物过滤效率为18.6%～97.7%；对于未经处理的试样，其NaCl颗粒物过滤效率普遍较高，2#，4#，5#试样的NaCl颗粒物过滤效率均在98%以上，1#试样的NaCl颗粒物过滤效率约90%，3#试样的NaCl颗粒物过滤效率未达到50%；对于经温湿度(高低温)预处理后的试样，其中2#，4#，5#试样的NaCl颗粒物过滤效率衰减较低，过滤效率衰减约2%，而1#试样的NaCl颗粒物过滤效率衰减较大，其过滤效率衰减约30%。

由表2可看出：未经处理的试样，其油性颗粒物过滤效率普遍比NaCl颗粒物过滤效率低，2#，4#，5#试样的油性颗粒物过滤效率均在96%以上，1#，3#试样的油性颗粒物过滤效率均未达到50%；2#，4#，5#试样经温湿度(高低温)预处理后的油性颗粒物过滤效率衰减较低，其过滤效率衰减约2%，而1#，3#试样经温湿度(高低温)预处理后的油性颗粒物过滤效率衰减较大，其过滤效率衰减约10%。

表1、表2结果表明，过滤效率大于等于90%的试样经温湿度(高低温)预处理后的过滤效率衰减较小约2%，而过滤效率小于等于50%的试样经温湿度(高低温)预处理后的过滤效率衰减较大为10%～30%。1#和3#试样的过滤效率均没有达到欧洲CEEN149:2001标准和我国的GB 2626—2006标准。

2.2 防护服的抗合成血液穿透性能及过滤效率

防护服的抗合成血液穿透性与过滤效率其结果见表3和表4。

表3 抗合成血液穿透性能Tab.3 Synthetic blood penetration resistance

表4 防护服的过滤效率Tab.4 Filtration efficiency of protective clothing

由表3可看出，6#，7#，8#3种境外防护服的抗合成血液穿透性较高，为3～6级，均高于国家标准GB 19082—2009《医用一次性防护服技术要求》中2级(施压1.75 kPa的压强)以上要求，其中6#试样在在持续施压20 kPa的压强下仍未见合成血液穿透，说明6#试样的抗合成血液穿透性较好。

由表4可看出，6#，7#，8#3种境外防护服关键部位的过滤效率较高，过滤效率(最小值)为99%～100%，远高于国家标准GB 19082—2009《医用一次性防护服技术要求》中非油性颗粒的过滤效率大于等于70%，但接缝处过滤效率较低，最小值在10%～30%之间，达不到防护要求。

2.3 防护口罩纤维的微观结构

针对防护口罩在不同颗粒物下防护效果的不同变化，选取FFP2型防护口罩中的1#试样进行SEM观察分析，如图1所示。由图1a可看出，防护口罩的纤维笔直、大小均匀，纤维层次分明，能够有效防护各种颗粒物； 而图1b可看出，在使用湿热气流处理后的防护口罩的纤维，其相较于处理前也有部分的扭曲、破坏，部分纤维表面还出现了裂纹，这是由于经过气流冲击处理后，纤维的静电吸附效果遭到破坏，从而导致口罩防护效果的明显下降。

图1 处理前后防护口罩纤维的SEM照片Fig.1 SEM images of protective mask fiber before and after treatment

3 结论

a. 1#和3#试样的过滤效率均没有达到欧洲CEEN149:2001标准和我国的GB 2626—2006标准。过滤效率大于等于90%的2#，4#，5#试样经温湿度(高低温)预处理后的过滤效率衰减较小约2%，而过滤效率小于等于50%的1#和3#试样经温湿度(高低温)预处理后的过滤效率衰减10%～30%。

b. 所有防护服的材料均能满足防护要求，主要防护指标抗合成血液穿透性、关键部位过滤效率大幅高于GB 19082—2009中的技术要求，其中关键部分的防护效果达到了99%以上，但是，防护服均未在防护服最薄弱的接缝处粘贴胶条，导致接缝处的过滤效率均不能达到防护效果，无法提供全身范围的防护。

c. 鉴于1#和3#试样的过滤效果达不到要求，相关部门应当对国外非国标口罩进行筛查，保证其质量。另外，在对抗2019-nCoV病毒的工作环境中需要保证相关人员的全方位受到保护，因此国外的防护服虽然具有良好的表面防护效果，但是关键连接处低下的过滤效率可能会给一线医护人员带来很大的安全隐患，因此建议相关医疗机构在选择防护服时应选择接缝处加贴胶条的防护服，避免将不加胶条的防护服用于ICU、手术等有血液及体液喷溅的场景。